本文關(guān)鍵詞：高效率峰值電流模BOOST型DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： DC-DC轉(zhuǎn)換器 峰值電流模式 欠壓鎖定 誤差放大器 軟啟動

【摘要】：隨著便攜式電子設(shè)備的迅速發(fā)展,具有體積小、轉(zhuǎn)換效率高、功率密度高等諸多優(yōu)勢的開關(guān)電源管理芯片得到了廣泛的應(yīng)用,成為了近幾年研究的熱點(diǎn)。本論文通過論述DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、原理、調(diào)制模式和反饋機(jī)制。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)一款高效率Boost型DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片,該轉(zhuǎn)換器采用了峰值電流控制模式,具有瞬態(tài)響應(yīng)快、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)簡單和內(nèi)嵌電流限制的優(yōu)點(diǎn);同時(shí)采用了輕載時(shí)轉(zhuǎn)換器從PWM模式切換到PSM模式的調(diào)制方式來提高輕載的轉(zhuǎn)換效率;另外該芯片還集成了欠壓鎖定、過溫保護(hù)等多種保護(hù)功能。根據(jù)系統(tǒng)的功能指標(biāo),設(shè)計(jì)整體電路架構(gòu);根據(jù)系統(tǒng)功率的損耗源分析轉(zhuǎn)換效率的影響因素;基于實(shí)際電路的系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析,并提出相關(guān)的解決方案。對整個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片的各個(gè)模塊電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證,主要的創(chuàng)新點(diǎn)為:(1)設(shè)計(jì)了一種適合于峰值電流模DC-DC轉(zhuǎn)換器的多功能誤差放大器電路,該誤差放大器可實(shí)現(xiàn)軟啟動、模式(PWM/PSM模式)切換、最大峰值電流限制功能,并且電路簡單,容易實(shí)現(xiàn);(2)設(shè)計(jì)了一種可片內(nèi)集成的斜坡電壓產(chǎn)生電路,該電路采用脈沖吞咽和窄脈沖充電技術(shù),以小電容實(shí)現(xiàn)了緩慢上升的斜坡電壓。斜坡電壓產(chǎn)生電路與多功能誤差放大器電路巧妙結(jié)合,無需開關(guān)進(jìn)行切換,實(shí)現(xiàn)了從啟動狀態(tài)平滑地過渡到穩(wěn)定狀態(tài),無擾動現(xiàn)象出現(xiàn),并能有效地消除了啟動過程中的浪涌電流,輸出電壓平穩(wěn)上升、無過沖。電路基于CSMC 0.5μm 25V BCD工藝,采用Cadence Spectre仿真工具進(jìn)行系統(tǒng)仿真。該DC-DC輸入電壓范圍為:3~7V,輸出電壓范圍為:INV~12V,開關(guān)頻率固定為1MHz。仿真結(jié)果表明:在V_(IN)=5V、V_(OUT)=12V、L=10μH、C_(OUT)=10μF的典型應(yīng)用條件下,負(fù)載電流0~500mA范圍內(nèi)時(shí),最大輸出電壓紋波小于30mV;負(fù)載電流為5~500mA時(shí),轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到90%以上。該DC-DC具有輸出電壓紋波小、功耗低、線性調(diào)整率好、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)快和轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：DC-DC轉(zhuǎn)換器 峰值電流模式 欠壓鎖定 誤差放大器 軟啟動
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)11-12
• 1.3 論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)12-13
• 1.4 論文的章節(jié)安排13-14
• 第2章 DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本原理14-28
• 2.1 DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本類型14-15
• 2.2 Boost型DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作原理分析15-21
• 2.2.1 工作原理15-16
• 2.2.2 CCM模式16-18
• 2.2.3 DCM模式18-20
• 2.2.4 CCM和DCM臨界條件分析20-21
• 2.3 Boost型DC-DC轉(zhuǎn)換器的調(diào)制模式分析21-24
• 2.3.1 PWM模式21-22
• 2.3.2 PFM模式22-23
• 2.3.3 PSM模式23-24
• 2.4 Boost型DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋控制模式分析24-28
• 2.4.1 電壓控制模式24-25
• 2.4.2 電流控制模式25-28
• 第3章 芯片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析28-44
• 3.1 芯片的功能要求和規(guī)格參數(shù)28-29
• 3.1.1 整體功能概述28
• 3.1.2 引腳功能描述28-29
• 3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-31
• 3.3 DC-DC轉(zhuǎn)換器外圍器件的選擇31-33
• 3.3.1 電感的選擇31-32
• 3.3.2 輸入電容的選擇32
• 3.3.3 輸出電容的選擇32-33
• 3.3.4 二極管的選擇33
• 3.4 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率的分析研究33-36
• 3.4.1 導(dǎo)通損耗34-35
• 3.4.2 續(xù)流二極管的損耗35
• 3.4.3 驅(qū)動損耗35
• 3.4.4 開關(guān)損耗35-36
• 3.4.5 靜態(tài)損耗36
• 3.5 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析36-44
• 3.5.1 電流環(huán)路穩(wěn)定性分析36-40
• 3.5.2 電壓環(huán)路穩(wěn)定性分析40-44
• 第4章 系統(tǒng)子模塊電路的設(shè)計(jì)與仿真44-73
• 4.1 電壓調(diào)整電路的設(shè)計(jì)44-50
• 4.1.1 與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)44-46
• 4.1.2 電壓調(diào)整電路的實(shí)現(xiàn)及原理分析46-48
• 4.1.3 仿真結(jié)果48-50
• 4.2 基準(zhǔn)電壓電路的設(shè)計(jì)50-53
• 4.2.1 功能要求50
• 4.2.2 電路實(shí)現(xiàn)及原理分析50-51
• 4.2.3 仿真結(jié)果51-53
• 4.3 振蕩器（OSC）電路的設(shè)計(jì)53-55
• 4.3.1 振蕩原理及電路實(shí)現(xiàn)53-55
• 4.3.2 仿真結(jié)果55
• 4.4 多功能誤差放大器的設(shè)計(jì)55-61
• 4.4.1 多功能誤差放大器的工作原理56-59
• 4.4.2 誤差放大器的電路原理59-60
• 4.4.3 仿真結(jié)果60-61
• 4.5 軟啟動電路的設(shè)計(jì)61-64
• 4.5.1 軟啟動的電路實(shí)現(xiàn)及工作原理62-63
• 4.5.2 仿真結(jié)果63-64
• 4.6 PWM比較器模塊64-66
• 4.6.1 電路實(shí)現(xiàn)及原理分析64-65
• 4.6.2 仿真結(jié)果65-66
• 4.7 驅(qū)動電路模塊66-69
• 4.7.1 電路實(shí)現(xiàn)及工作原理分析67-68
• 4.7.2 仿真結(jié)果68-69
• 4.8 其他功能保護(hù)電路的設(shè)計(jì)69-73
• 4.8.1 UVLO電路69-71
• 4.8.2 過溫保護(hù)電路71-73
• 第5章 芯片的整體仿真與版圖設(shè)計(jì)73-86
• 5.1 整體電路功能仿真73-79
• 5.1.1 重負(fù)載PWM仿真73-74
• 5.1.2 輕負(fù)載PSM仿真74-75
• 5.1.3 軟啟動功能仿真75
• 5.1.4 電感限流功能仿真75-76
• 5.1.5 PWM/PSM模式切換功能仿真76-77
• 5.1.6 欠壓鎖定功能仿真77-78
• 5.1.7 工作溫度范圍78-79
• 5.2 整體電路性能仿真79-83
• 5.2.1 線性調(diào)整率響應(yīng)79
• 5.2.2 負(fù)載調(diào)整率響應(yīng)79-80
• 5.2.3 開關(guān)管的導(dǎo)通電阻特性80-81
• 5.2.4 時(shí)鐘振蕩頻率特性81-82
• 5.2.5 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率82-83
• 5.3 版圖的設(shè)計(jì)83-86
• 5.3.1 版圖布局83-84
• 5.3.2 版圖的設(shè)計(jì)細(xì)則84-86
• 第6章 總結(jié)與展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 致謝92-94
• 附錄A 芯片的電學(xué)特性94-95
• 附錄B 芯片中關(guān)鍵模塊的版圖芯片95-98
• 個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果98

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本文編號：976025